在共振过渡金属硫族化物纳米盘中实现超高折射率与卓越非线性的结合
光学
2023-08-23 v1 材料科学
摘要
固体中的二阶非线性引发众多独特的物理现象，从压电效应、光学整流到光学参量放大、自发参量下转换以及纠缠光子对的产生。单层过渡金属硫族化物（TMDs），如 MoS，表现出已知最高的二阶非线性系数之一。然而，这些材料的单层特性阻碍了仅由材料本身制备共振结构，必须借助外部结构来实现非线性过程的 optical 增强。在此，我们利用二硫化钼多层的 3R 相进行共振非线性纳米光子学研究。即便在材料体相中，反演对称性的缺失提供了巨大的二阶极化率、近红外区域极高且各向异性的折射率（~4.5）以及低吸收损耗的组合，使 3R-MoS 对非线性纳米光子学极具吸引力。我们通过制备不同半径的 3R-MoS 纳米盘来证实这一点，这些纳米盘支持共振 anapole 态，并观察到单个共振纳米盘中二次谐波产生相比同厚度未图案化薄片有显著（>100倍）增强。该增强在纳米盘 anapole 态与二阶极化率材料共振的光谱重叠处达到最大。我们的方法为增强纳米结构范德瓦耳斯材料中全部光学二阶非线性过程谱提供了一个有力工具，从而为非线性与量子高折射率 TMD 纳米光子学铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2308.11504,
title = {Combining ultrahigh index with exceptional nonlinearity in resonant transition metal dichalcogenide nanodisks},
author = {George Zograf and Alexander Yu. Polyakov and Maria Bancerek and Tomasz Antosiewicz and Betul Kucukoz and Timur Shegai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.11504},
year = {2023}
}